Winzige Magnete im Muskel könnten künftig helfen, eine Beinprothese genauer zu steuern. Ein Forschungsteam am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat dafür ein Messsystem bei drei Menschen mit Unterschenkelamputation erprobt. Die Teilnehmenden bewegten mit ihren Muskeln einen Cursor auf einem Bildschirm. Eine Prothese trugen sie bei diesem Versuch nicht.
Die am 29. Oktober in Nature Sensors veröffentlichte Studie untersucht einen Schritt auf dem Weg zu einer solchen Steuerung: Wie lässt sich die Bewegung eines verbliebenen Muskels so messen, dass ein Computer sie in ein brauchbares Signal übersetzen kann?
Zwei Magnete machen Bewegung messbar
Das Prinzip ist anschaulich. In einen Muskel werden zwei kleine Magnete eingesetzt. Verkürzt oder streckt sich der Muskel, verändert sich ihr Abstand. Ein außen auf der Haut getragenes Sensorfeld erfasst die Magnetfelder und verfolgt die Lage der Kugeln. Aus dem Abstand lässt sich ableiten, wie lang der Muskel ist und wie schnell sich seine Länge verändert.
Die Kugeln sind laut MIT-Mitteilung drei Millimeter groß und bestehen aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung. Gold und ein Kunststoff namens Parylene C umhüllen sie. Das Messsystem arbeitet drahtlos durch das Gewebe; das Studienteam beschreibt Messungen bis zu sechs Zentimeter unter der Haut. Die erreichbare Tiefe ist eine Versuchsangabe, keine Zusage für jede Einbausituation.
Warum nicht einfach Elektroden?
Eine verbreitete Möglichkeit, Muskelsignale für Prothesen zu nutzen, ist die Elektromyografie, kurz EMG. Elektroden erfassen dabei elektrische Aktivität, die mit der Aktivierung des Muskels zusammenhängt. Eine Steuerung kann diese Signale in Bewegungsbefehle übersetzen.
Elektrische Aktivität und tatsächliche Bewegung sind aber nicht dasselbe. Laut MIT können Oberflächenelektroden auch Signale benachbarter Muskeln aufnehmen; Schweiß kann die Messung stören. Die Magnetmethode setzt an einem anderen Punkt an: Sie beobachtet die mechanische Veränderung im Muskel. Dafür müssen allerdings die Kugeln eingesetzt und ein Sensor außen getragen werden.
Die neue Arbeit verglich die magnetische Messung mit Elektroden auf der Haut und mit implantierten Elektroden. Dem Studienabstract zufolge erreichte das Magnetsystem bei den meisten untersuchten Ergebnissen eine vergleichbare oder bessere Leistung. Aus diesem Ergebnis lässt sich nicht ableiten, dass es bei jeder Person und jeder Aufgabe überlegen ist.
Ein Cursor statt eines Schritts
Alle drei Teilnehmenden hatten nach Angaben des MIT eine besondere Operationsform erhalten: Dabei werden Muskelpaare im verbleibenden Glied so miteinander verbunden, dass sie weiter miteinander arbeiten können. Die Forschenden setzten Magnetpaare in bis zu vier Muskeln ein, die mit dem Sprunggelenk verbunden waren. Auch Elektroden wurden in dieselben Muskeln implantiert, um die Verfahren vergleichen zu können.
Für die Aufgabe sollten die Teilnehmenden einen Cursor mit Muskelbewegungen zu einem Ziel führen. Der Cursor stand für Bewegungsrichtungen, die später auch ein robotisches Fußgelenk steuern könnten. Die Forscher übersetzten dazu die jeweiligen Messsignale in eine Bewegung auf dem Bildschirm. So ließ sich die Steuerung unter denselben Aufgabenbedingungen vergleichen, ohne dass die Teilnehmenden dabei eine Prothese trugen.
Der Unterschied ist für die Einordnung entscheidend: Ein treffender Cursor ist ein nützlicher Test für das Steuersignal. Er zeigt noch nicht, wie sicher und zuverlässig eine Beinprothese beim Gehen im Alltag auf dasselbe Signal reagieren würde. Das Team untersucht laut MIT in einer größeren laufenden Studie, wie gut sich tatsächliche Prothesen mit der Magnetmessung steuern lassen.
Die neue Arbeit zeigt damit einen möglichen Weg, die Bewegung verbliebener Muskeln direkt zu erfassen. Ob und für wen daraus eine praktikable Prothesensteuerung wird, müssen die weiteren Versuche klären.
Quellen
- Shallal, Taylor und andere: A wireless magnetic implant system for continuous neuromuscular sensing, Nature Sensors, 29. Oktober 2026; Abstract eingesehen.
- MIT News: Magnetic sensors track muscle movement, for better prosthetic limb control, 29. Oktober 2026.
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